[發(fā)明專利]電推進旋翼飛行器動力系統及其控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010468701.3
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111703580B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設計）人: 陳方;田沛東
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B64D27/24
• 分類號: B64D27/24;B60L50/40;B60L50/60;B60L58/12
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種電推進旋翼飛行器動力系統的控制方法，該電推進旋翼飛行器動力系統包括：融合儲能系統、無刷直流電機調速器、無刷直流電機、安裝在所述無刷直流電機上的螺旋槳、飛控計算機、飛行器慣性傳感器、高度傳感器以及遙控信號接收器；所述的無刷直流電機調速器由第一交流逆變器、第二交流逆變器、第三交流逆變器、第四交流逆變器構成，所述的無刷直流電機由第一無刷直流電機、第二無刷直流電機、第三無刷直流電機和第四無刷直流電機構成，所述的飛行器慣性傳感器、高度傳感器以及遙控信號接收器的輸出端與所述的飛控計算機相連，所述的融合儲能系統包括鋰電池和超級電容，所述的超級電容的輸出端采用雙向DC/DC交換器控制能量流向，并與所述的鋰電池并聯，所述的鋰電池并聯的電壓傳感器的輸出端與所述的飛控計算機的輸入端相連，所述的超級電容并聯的電壓傳感器的輸出端與所述的飛控計算機的輸入端相連，所述的鋰電池的正極分別與所述的第一交流逆變器、第二交流逆變器、第三交流逆變器、第四交流逆變器的輸入端的正極相連，所述的鋰電池的負極分別與所述的第一交流逆變器、第二交流逆變器、第三交流逆變器、第四交流逆變器的輸入端的負極相連，所述的第一交流逆變器、第二交流逆變器、第三交流逆變器、第四交流逆變器的輸出端與所述的第一無刷直流電機、第二無刷直流電機、第三無刷直流電機、第四無刷直流電機一一對應相連，所述的飛控計算機的控制輸出端分別與所述的雙向DC/DC交換器、第一交流逆變器、第二交流逆變器、第三交流逆變器、第四交流逆變器的控制端相連；其特征在于該控制方法包括下列步驟：

1)飛行器飛行模式識別及功率預測，包括：

①所述的飛控計算機采集所述的飛行器慣性傳感器的數據并濾波，得到飛行器姿態(tài)角θ，ψ，飛行器機體坐標系下三軸加速度a_x，a_y，a_z，飛行器機體坐標系下三軸角速度ω_x，ω_y，ω_z及角加速度p，q，r信息，采集所述的飛行器高度傳感器的數據并濾波，得到飛行器距離地面高度信息h；

②基于飛行器慣性傳感器數據，所述的飛控計算機判別飛行器的飛行速度變化模式，姿態(tài)變化模式，高度變化模式；

③所述的飛控計算機結合飛行器控制指令輸入，依據預設權重值預測飛行器功率需求類別是低功率，瞬時高功率，還是長時高功率；

2)所述的飛控計算機按照飛行器功率需求類別，對鋰電池和超級電容工作模式進行分級設定：鋰電池的工作模式劃分為預設輸出功率為P1，P2，P3，P4的4個級別且P1P2P3P4，超級電容的工作模式劃分為斷開、放電、緩慢充電、較快速充電和快速充電5個模式，用SOC表示超級電容荷電狀態(tài)，定義分級超級電容荷電狀態(tài)：一級SOC的上限為H1，二級SOC的上限為H2，一級SOC的下限為L1，二級SOC的下限為L2且0L2L1H1H2100％，所述的鋰電池和超級電容工作模式的判定方式如下：

若此時飛行器功率需求類別為低功耗：

判定SOCH2，則鋰電池預設輸出功率設定為P1，超級電容工作模式為斷開；

判定H1SOCH2，則鋰電池預設輸出功率設定為P2，超級電容工作模式為緩慢充電；

判定L1SOCH2，則鋰電池預設輸出功率設定為P3，超級電容工作模式為較快速充電；

判定SOCL1，則鋰電池預設輸出功率設定為P4，超級電容工作模式為快速充電；

若此時飛行器功率需求類別為瞬時高功耗：

判斷SOCL2，則鋰電池預設輸出功率設定為P3，超級電容工作模式為放電；

判斷SOCL2，則鋰電池預設輸出功率設定為P4，超級電容工作模式為斷開；

若此時飛行器功率需求類別為長時高功耗：

判斷SOCL1，則鋰電池預設輸出功率設定為P3，超級電容工作模式為放電；

判斷SOCL1，則鋰電池預設輸出功率設定為P4，超級電容工作模式為斷開；

3)鋰電池和超級電容輸出功率設定：基于濾波算法使鋰電池輸出功率平滑，采用超級電容補足缺少的功率或儲存過剩的功率，使得總功率輸出滿足飛行器功率需求的同時，鋰電池輸出波動較小且接近步驟2)所述的鋰電池預設輸出功率；

4)通過所述的雙向DC\DC交換器控制所述的超級電容的功率輸出，通過所述的第一交流逆變器、第二交流逆變器、第三交流逆變器、第四交流逆變器控制能源系統的整體功率輸出，驅動所述的第一無刷直流電機、第二無刷直流電機、第三無刷直流電機、第四無刷直流電機，為所述的螺旋槳提供所需動力。

2.根據權利要求1所述的電推進旋翼飛行器動力系統的控制方法，其特征在于所述的飛行器高度傳感器為超聲波距離傳感器或氣壓高度計。